宇宙是(shì)“人为(wèi)制(zhì)造”的？为何(hé)会(huì)存在科学无法(fǎ)解(jiě)释的“暗(àn)物质”？暗物(wù)质又究竟是什么？人类为了(le)寻找暗(àn)物质存在的证据，科学家们在过去(qù)的几十(shí)年当中进行了超(chāo)过50次的长期实验，但是却没有发现任何的有(yǒu)效证据。除(chú)了(le)一(yī)个地方，在1687年出版的自然哲学数(shù)学原理一书中，埃萨克牛顿发表了万(wàn)有引(yǐn)力定律，它揭示了宇宙中天体(tǐ)运动的规律。往后(hòu)的(de)几百年来，当天文学家(jiā)们发(fā)现(xiàn)某些天体运行(xíng)轨(guǐ)道出现异(yì)常，不符合(hé)万有引力(lì)定律的时候，他们(men)就会知道，周围一定有(yǒu)未知(zhī)的天(tiān)体通过(guò)引力(lì)在摄动它的轨道。比如在1846年，奥本勒维耶就通过(guò)天(tiān)王星运行轨道的(de)异常，推(tuī)算并且发现了海王星的存在。另外，哈(hā)雷彗(huì)星、冥王(wáng)星的发现都(dōu)是应用万有引力定律所取(qǔ)得(dé)重大(dà)天(tiān)文成就的例子。但是这些发现(xiàn)都是在(zài)恒星系统的尺度(dù)当中，可当我们上升到星系或者(zhě)是星团的(de)尺度(dù)，事情就开始变得诡异了(le)。

1933年(nián)，瑞士(shì)的物理(lǐ)学家弗里茨兹威基(jī)正在研究和测量(liàng)后发(fā)星系团的(de)质量。这(zhè)是一个由数千个星系所(suǒ)组成的巨大星(xīng)系团，这些星系被引(yǐn)力束缚在一起。测量星系团的(de)质量一(yī)般会使用到(dào)两(liǎng)种方法，当两种方法(fǎ)结(jié)果一致，就(jiù)可(kě)以确定其质量的(de)范围。

第(dì)一种是获(huò)得其"光度(dù)学的质(zhì)量(liàng)"，需(xū)要(yào)的数据(jù)是测量各个星系的光度。

第二(èr)种是动力学(xué)质量的(de)计算，是利用光谱红移测量星(xīng)系(xì)团(tuán)中(zhōng)的(de)各个星系(xì)相对(duì)于星系团的运动速度。当测(cè)量(liàng)结果出来之后，兹威基彻底懵(měng)了，“动力(lì)学(xué)质量(liàng)”竟然是“光度(dù)学质量”的400倍。这意味(wèi)着，后发(fā)座星(xīng)系团(tuán)有99%的质量消失了，或(huò)者说这99%的质量并不以可见(jiàn)光的形式所存在，我们无法看到。最诡(guǐ)异(yì)的(de)是，在测量(liàng)速度的过程中，兹(zī)威基(jī)发(fā)现星系团中很多星系的速度比理(lǐ)论上要快得多，按照(zhào)牛顿的运(yùn)动学定(dìng)律，仅靠(kào)这(zhè)些(xiē)可见星系的(de)质量所产生的(de)引力是无(wú)法将它们束缚在星系团内(nèi)的，它(tā)们(men)早就应该被抛出星系团之(zhī)外了，除非有一种神(shén)秘的力量在起作用，这种力量来源(yuán)于某种隐形的物(wù)质。

据此(cǐ)，兹(zī)维基提出了这样部(bù)分不可见的暗质，它不(bù)发散光、吸光、反(fǎn)射光(guāng)，但(dàn)是它们却占据着宇宙中绝大(dà)部分的质量。只是当时的(de)人们对这样(yàng)的(de)一种说法(fǎ)不屑一顾。

直(zhí)到(dào)40年之后，“暗物(wù)质(zhì)”这个词才(cái)再一次(cì)出(chū)现。天文学家维拉鲁宾和肯特福(fú)特在(zài)观(guān)测仙女座星(xīng)系(xì)中的恒(héng)星(xīng)运(yùn)动(dòng)。理(lǐ)论上来说，距离中心越远的恒星在其轨道(dào)上的(de)运行(xíng)速度就(jiù)会越慢(màn)。但是(shì)他们观测的结果却让人感到不可(kě)思议。

随(suí)着与中心距离的(de)增加，恒星的旋(xuán)转(zhuǎn)速度几乎保持(chí)不变。可(kě)是根据牛顿的万有引力定律，在(zài)星系(xì)当中(zhōng)如(rú)果没有足够大的质(zhì)量来吸引它们，这些外围的恒星早就被甩(shuǎi)到(dào)宇宙(zhòu)当中了。基于这种现象(xiàng)，科学家们会使(shǐ)用一种相对标准的(de)方法来(lái)解释暗物质的存在，这种方(fāng)法就是测(cè)量星(xīng)系当(dāng)中气体(tǐ)在(zài)X轴(zhóu)上距离星系中(zhōng)心的距(jù)离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常的(de)结果，就认为是由暗物质的力量进入其中。

于(yú)是科学(xué)家们通(tōng)过(guò)射电望远镜测量了距(jù)离星系中心更远距(jù)离(lí)的氢(qīng)元素，发(fā)现它们的(de)旋转速(sù)度并不符合(hé)牛(niú)顿的力学定律(lǜ)。我们的太阳系(xì)也不例(lì)外，太阳系(xì)位于银河系的第(dì)三(sān)悬臂之上(shàng)，距离银河系中心2.6万光年(nián)，根据万有引力定律进行计算，太(tài)阳系(xì)的(de)运行速度应该是160千(qiān)米/秒(miǎo)，但实际上，太(tài)阳(yáng)系(xì)正在以220千米/秒(miǎo)的速度(dù)围绕银(yín)河系(xì)旋转，这个实际(jì)速度(dù)远远大于理(lǐ)论速度(dù)，那么产(chǎn)生以上这(zhè)种向(xiàng)心加速度(dù)的(de)原(yuán)因很可能就是存在(zài)着一种我们(men)看不到(dào)的物质，是这(zhè)些暗(àn)物质(zhì)的(de)引力(lì)效(xiào)应将星系聚集在了一起。

也是从(cóng)这时开(kāi)始，越来越多(duō)的研究人员开(kāi)始相信暗(àn)物质的存在。科学家根据星系外恒星轨道的速(sù)度，估算在星系当中暗物质的质量占整个星系(xì)质量的85%。但是，暗物质并不是唯一可(kě)以解释这(zhè)个现象的(de)原因(yīn)。在一项新的研究当中(zhōng)，科(kē)学(xué)家们发现，几乎没有引力效应的遥远恒星(xīng)之间，也会出现速度(dù)上的微小差异(yì)。另外，天文学家(jiā)还发现了(le)一个反常的星系，叫做Agc114905。这个(gè)星系距离(lí)地(dì)球大约2.5亿光年，大小城野医生是哪里的品牌，城野医生是什么品牌(xiǎo)和银河系不多，但是星系当中存在的恒星数(shù)量(liàng)却只(zhǐ)有银河(hé)系的千(qiān)分之一。

所以在(zài)理论上，该星系必须(xū)存(cún)在暗物(wù)质，否(fǒu)则就(jiù)会分(fēn)崩离(lí)析。但是科学家们使(shǐ)用最(zuì)先进的望(wàng)远镜对其进行了(le)40个小时(shí)的详细(xì)测(cè)量(liàng)之后，发现(xiàn)星系中的恒星运(yùn)动(dòng)是(shì)可以用正常的物质和力学(xué)定(dìng)律来解(jiě)释的。那(nà)么又有人提出，也许该星系(xì)的(de)暗(àn)物质，已(yǐ)经被附近的(de)另一个大(dà)星系剥(bō)离了。奇(qí)怪的是，它的附近没有任何(hé)星系存在。造成这些现(xiàn)象的除了暗物质的(de)假说之外，另一(yī)种可(kě)能就是人类对引(yǐn)力(lì)的理(lǐ)解还不够全面，引力很可(kě)能在不(bù)同尺度空间中的工作方式是不同的，这意(yì)味着在行星系尺(chǐ)度中的天(tiān)体会(huì)沿着它们的轨(guǐ)道(dào)，按照我们(men)所理解的方式运(yùn)动。但是上升到星(xīng)系和星(xīng)团的(de)尺(chǐ)度，引力之间的相互作用(yòng)则是(shì)不同的(de)方式。对(duì)于在星(xīng)系(xì)团之(zhī)间的相互作用，科学家还(hái)引入(rù)了外部(bù)场(chǎng)效应的概念，指(zhǐ)的是在数百万光年的规模上，巨大的(de)质量之间会产生对彼此(cǐ)特(tè)殊的效果，这个(gè)理论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理论成(chéng)立，这意(yì)味着我(wǒ)们需要对现在的物(wù)理定律进(jìn)行修正，这些发现也让很(hěn)多(duō)人认为暗(àn)物质假说理论就(jiù)此(cǐ)终结。但是在宇宙当中还有关于暗(àn)物质存在的其他的(de)理论证据(jù)，这些理论证据(jù)是蒙德理(lǐ)论所(suǒ)没法解释(shì)的“引力透镜”。

径(jìng)向距离为37亿(yì)光年的子弹(dàn)星(xīng)系团，由两个碰撞(zhuàng)的(de)星系团所组成(chéng)，类(lèi)似这样的星(xīng)团，它们大部分(fēn)的普(pǔ)通质量(liàng)都在(zài)星系的气城野医生是哪里的品牌，城野医生是什么品牌体(tǐ)当中。当(dāng)星团以1000万公(gōng)里/小时发(fā)生(shēng)碰撞的时候，星际气体的(de)相互作(zuò)用就(jiù)会导致温度的(de)急剧升高，速度大幅降低。所(suǒ)以在理论(lùn)上，在碰撞之后，子弹星系团大(dà)部(bù)分的质(zhì)量将位(wèi)于所有这些(xiē)气体所在(zài)的中间区域。那么我们(men)通过什(shén)么来(lái)验(yàn)证它(tā)的质量区域到底是不是集中在中间呢？前(qián)不久，詹姆斯(sī)韦伯太空望远镜传回了(le)宇(yǔ)宙当中(zhōng)第一张(zhāng)全(quán)彩的高清照片，在(zài)照片中我们可(kě)以明显地看到(dào)很多星系似(shì)乎被拉伸产生了(le)巨(jù)大的(de)形变。其(qí)实(shí)这些星系本身并(bìng)不是真(zhēn)的被(bèi)扭曲了，也不是韦伯望(wàng)远(yuǎn)镜出了什么(me)问(wèn)题，而是这样(yàng)极遥远的天(tiān)体和我们(men)地球上的观测者之间(jiān)。被(bèi)一个质量超(chāo)级巨大的(de)天体遮挡，这个超大质量的东西的引力，会使身后更遥远星系的(de)光都发(fā)生了扭(niǔ)曲。这个现象就是引(yǐn)力透镜(jìng)效应。这个巨大的天体可能(néng)是(shì)超大质量(liàng)的黑洞或者是暗物质。

所以当人们对子弹星系团观测(cè)的时(shí)候(hòu)，发现它的大(dà)质量区(qū)域并不是在中(zhōng)间，而是在两侧。所以(yǐ)最好的解释(shì)方法就(jiù)是当星团发生全(quán)部的碰撞(zhuàng)时，可被(bèi)观测(cè)到的质量气(qì)体(tǐ)被卡在(zài)了(le)中间，暗物质则直接通(tōng)过了这(zhè)个区域(yù)，并在两边形成了引(yǐn)力透镜。对子弹星(xīng)系(xì)团的(de)引(yǐn)力(lì)透镜研究(jiū)也被认为是暗(àn)物质存在的迄(qì)今(jīn)为止最好的理论证据。

除此之外(wài)，还有来自宇(yǔ)宙当中最古老的光(guāng)。从宇宙大爆炸开始，38万年之(zhī)后，可见光终于可以畅通无阻地穿越(yuè)在宇宙当中了(le)。经过了130多(duō)亿年之后，这些光在宇(yǔ)宙空间背景上(shàng)留下了各相同(tóng)性的微波辐射。其中(zhōng)红色的(de)部分表示温(wēn)度较高的(de)区域，蓝色则(zé)表(biǎo)示(shì)相(xiāng)对较冷的(de)区域，但实际上它们之间的温差只有万分(fēn)之一。

科学(xué)家(jiā)们通过(guò)对前景(jǐng)背景(jǐng)分离(lí)后的二值图像进(jìn)行(xíng)连(lián)通域提取和(hé)标(biāo)记(jì)之后(hòu)发现，如果宇宙当中没有暗物质(zhì)，图形(xíng)看起来不应该是这样的(de)，而随着(zhe)暗物质的增(zēng)加，一些峰值的(de)幅度会(huì)减小(xiǎo)，才变得看起来(lái)“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙(zhòu)微波背景辐射的(de)测(cè)量值，我(wǒ)们需要的暗物质(zhì)大约(yuē)是(shì)普(pǔ)通物质的5倍。这个数字与解释星系当中恒星运(yùn)动所需要的(de)暗物质(zhì)比例是一致的。这就意味着(zhe)。

用了一个简单的理论框架，就很好地(dì)解释了很(hěn)多不(bù)同的观测结果。而暗物质的本质(zhì)就是宇宙当(dāng)中存在(zài)着某种类型的粒子，它们不参与任何其他的电磁作(zuò)用(yòng)，只通(tōng)过(guò)引力来相互作用(yòng)。所以(yǐ)如果能够找到这种粒子的存在，就相当于找到了暗(àn)物(wù)质(zhì)存在的实际(jì)证(zhèng)据。这(zhè)种粒子到底是什么？科学(xué)家们已经(jīng)提出了数(shù)十种的假想目标(biāo)，而要寻找这些不同(tóng)的目(mù)标粒子所需(xū)要的实验方式也(yě)不相同。在过去的几(jǐ)十(shí)年当(dāng)中，人类为了(le)寻找(zhǎo)这(zhè)些(xiē)看不见(jiàn)、摸不(bù)到，几乎(hū)不会与常规(guī)物质相互(hù)作(zuò)用的(de)“暗(àn)物质”，科学家们已经进行了超过50次的实验，却没有(yǒu)任(rèn)何实(shí)质性的发现，除了一个地方，意(yì)大利(lì)的格兰萨索山(shān)，隶(lì)属(shǔ)于阿尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米(mǐ)处的地下矿井当中，藏着地(dì)球上(shàng)最大(dà)的地学实验室，这个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼(lóu)高的探(tàn)测器，一直致力(lì)于寻(xún)找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以来，这里(lǐ)的(de)科(kē)学家声称观测到(dào)了(le)某种信号(hào)。经过了20多年的数据(jù)收(shōu)集，人们发现了一(yī)个有趣的事情(qíng)。探测率(lǜ)会在每年的6月份达到峰值，然(rán)后在11月降到最(zuì)低，而且(qiě)在20年当中每(měi)年都是(shì)一(yī)样。一(yī)些科学家认为(wèi)这可能是人类发现暗物质(zhì)的第一个直接证据。

但是为(wèi)什么暗物质会产生周期性的(de)年度信号呢(ne)？刚才我们讲了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕着银(yín)河系进行移动，那么如(rú)果暗物(wù)质存在宇宙当中，这意(yì)味着(zhe)我们也在(zài)以这样的速度在穿(chuān)越(yuè)着暗物(wù)质(zhì)流，这个(gè)过程中会产生相应(yīng)的振荡，同时地球又(yòu)以(yǐ)30公(gōng)里/秒的速(sù)度围绕太阳进行旋转。所以有半年的(de)时(shí)间，地球(qiú)围绕(rào)太阳的方向与(yǔ)太(tài)阳环(huán)绕银河(hé)系的方向是一(yī)致的，而(ér)另外半年则与(yǔ)之(zhī)相反。

而在6月份的(de)时候(hòu)，地球与太(tài)阳(yáng)的方向正好达到(dào)完全一(yī)致(zhì)，这(zhè)是(shì)理论上地(dì)球(qiú)穿越暗物质流最快的时段。而在(zài)11月(yuè)份，又恰好达到(dào)了最慢值。尽管在实际的情况中，太阳系相对银(yín)河系的平(píng)面呈现了60度的倾斜，但是这(zhè)并不影响(xiǎng)这个理论(lùn)的有效性。

因此科学家认为(wèi)这可以(yǐ)用(yòng)来解释(shì)，研究(jiū)人员(yuán)们所观测到的周期性(xìng)信(xìn)号。当然也可(kě)能有其他的情况，造成这种年度(dù)周期信(xìn)号的差异也可能是(shì)温度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪，甚至连意大利(lì)游客的数量(liàng)也(yě)符合这个周期的(de)规律(lǜ)。

所以，科(kē)学(xué)家们又在南半球建立了一个几(jǐ)乎相同的实(shí)验室，这里的季节(jié)与之前的实验室正好相反，而在这(zhè)里，地球穿过(guò)暗物质流的(de)运动特征和第一(yī)个实验室(shì)是一样的。

因此，如果在这里可(kě)以得到相同的信(xìn)号，就(jiù)可以(yǐ)成为(wèi)暗物质(zhì)所存在的非常有力的证(zhèng)据(jù)了。但(dàn)是(shì)由于这个实验室刚刚(gāng)建成不久，所以(yǐ)截至(zhì)目(mù)前还无(wú)法提供(gōng)相(xiāng)应的数据支持。另(lìng)外，在2025年，城野医生是哪里的品牌，城野医生是什么品牌NASA将会发射一台新(xīn)的望远镜，这台太空望(wàng)远镜(jìng)叫做“南希格雷斯罗曼”，它(tā)的主镜大小跟哈勃望远镜(jìng)相(xiāng)同，但它(tā)的(de)宽视(shì)场仪器提(tí)供的视野(yě)是哈(hā)勃红外仪(yí)器的100倍。南希(xī)格(gé)雷斯罗曼太空望远镜其中(zhōng)一个关键的用途(tú)就(jiù)是探索暗物质背后的奥秘，对于探测的(de)结果，我们(men)只(zhǐ)能拭目以待了。费米实验室粒子天体物理中心的科学家丹琥珀和贾森斯(sī)特芬(fēn)研究发(fā)现(xiàn)，如果暗物质存在，它(tā)们极(jí)有可(kě)能(néng)拥(yōng)有另一种神秘的效(xiào)应(yīng)，这(zhè)种暗物(wù)质效(xiào)应，会支持宇宙当中生命的(de)诞生(shēng)，或者说(shuō)是生(shēng)命进化的一个重要(yào)因素。

如果这(zhè)一理论得到进(jìn)一步的证(zhèng)实，那(nà)么遍布(bù)宇宙当中的暗物质会不(bù)会意味着人类(lèi)并不(bù)孤单(dān)呢？或许在宇宙当中(zhōng)某个角落(luò)的行星(xīng)上，暗物(wù)质正在(zài)通过(guò)这样的效应创造(zào)生(shēng)命(mìng)。当然(rán)，这些推论的大(dà)前提是要(yào)先找到暗物(wù)质存(cún)在(zài)的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得暗物质(zhì)到(dào)底存不存在呢(ne)？喜欢(huān)请点赞，你的支持是我更新的动力(lì)！

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